软可压缩固体的理论穿刺力学

准确预测刺穿软材料所需力在医疗技术、食品加工和制造等诸多领域至关重要。然而，此类预测强烈依赖于我们对材料在深度压入和复杂失效机制下复杂非线性行为的理解。直到最近我们才开发出能够将穿刺力与材料属性和针头几何形状关联起来的理论。然而，此类模型基于的简化假设往往限制了其在真实情形中的适用性。一个常见假设是被切割材料不可压缩，尽管没有材料真正不可压缩。本文我们提出一个考虑线性弹性可压缩性及其与韧性、刚度和弹性应变刚化相互作用的简单模型。与先前的理论和实验一致，具有高韧性和低模量的材料在给定针头半径下表现出最高的抗穿刺性。令人惊讶的是，在这些条件下，我们观察到不可压缩材料表现出最低的抗穿刺性，其中体积可压缩性可形成额外的（应变）能垒以阻碍穿刺。我们的模型为评估软可压缩材料的抗穿刺性提供了有价值的工具，并提出了针对锋利针头和抗穿刺材料的新设计策略。